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JP3576073B2 - Solid-state imaging device - Google Patents

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JP3576073B2
JP3576073B2 JP2000191492A JP2000191492A JP3576073B2 JP 3576073 B2 JP3576073 B2 JP 3576073B2 JP 2000191492 A JP2000191492 A JP 2000191492A JP 2000191492 A JP2000191492 A JP 2000191492A JP 3576073 B2 JP3576073 B2 JP 3576073B2
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output signal
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、入射光像をディジタル映像信号に変換し出力する固体撮像装置に関し、特に列並列型のAD変換器が搭載されたCMOSイメージセンサの小型化を実現しようとするものである。
【0002】
【従来の技術】
図7は、従来の列並列型のAD変換器が搭載されたCMOSイメージセンサについて説明するためのブロック構成図である。1行分のAD変換器111,112〜11mは、画素121,122〜12mの1行分の出力を一斉にAD変換し、その出力がシフトレジスタ14の出力に基づいて選択スイッチ151,152〜15nを介してAD変換器111の出力が出力信号線181,182〜18nに接続された出力アンプ191,192〜19nからディジタル映像信号として出力される。次に選択スイッチ161,162〜16nを介してAD変換器112の出力が出力信号線181,182〜18nに接続された出力アンプ191,192〜19nからディジタル映像信号として出力され、以下同様にAD変換器113から11mの出力がデジタル映像信号として出力される。
【0003】
次の1行分の画素131,132〜13mもAD変換器111,112〜11nで変換され、出力アンプ191,192〜19nからディジタル映像信号として出力される。
【0004】
以下、同様に各行が順次AD変換され出力アンプ191,192〜19nからディジタル映像信号として出力される。AD変換された結果は、1行分のディジタル映像信号を出力する期間保持する必要があるが、AD変換器の出力にラッチを設けることで、AD変換時間としては1行分の信号出力期間まで伸ばすことができる。
【0005】
しかし、映像信号出力期間のディジタル値を保持するためのメモリーとして (列数×ビット数)個のラッチが必要であった。アナログ出力の撮像素子に比べ、列並列型のAD変換器を搭載された撮像素子では、出力信号線が必要とされる分解能に対応するビット数分のAD変換結果を保持するためのメモリーやその結果を出力するための信号線が必要であり、チップサイズが大きくなるという問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来の固体撮像装置においては、必要とされる分解能に対応するビット数分のメモリー素子や出力信号線が必要となるためチップサイズが大きくなる、という問題があった。
【0007】
この発明は、列並列型のAD変換器が搭載されたCMOSイメージセンサのAD変換後のメモリー素子数や出力信号線の数を減少させてチップサイズを小さくした固体撮像装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するためにこの発明では、行列状に配置され入射光量を電気信号に変換して出力する複数の画素素子を備え、該複数の画素素子を行単位に順次選択して出力される画素素子列の出力信号を、さらに列単位に順次選択して画素単位の信号を出力する固体撮像装置において、行単位で選択された画素素子列の出力信号を、画素素子単位でディジタル出力信号に変換する第1の変換手段と、第1の変換手段により変換されたディジタル出力信号をビット単位で選択する第1のスイッチ手段と、該選択されたビット単位のディジタル出力信号の電圧を保持する第1の容量素子と、該第1の容量素子と並列接続された第2の容量素子と、第1の容量素子および第2の容量素子のそれぞれに保持された電圧を平均化する第2のスイッチ手段と、第2の静電容量に保持された電圧をサンプルホールドするサンプルホールド回路とを有し、該サンプルホールドされた電圧を前記ディジタル出力信号に対応するアナログ出力信号として出力する第2の変換手段と、第2の変換手段から出力されたアナログ出力信号を列単位に順次選択する選択手段と、列単位に順次選択されたアナログ出力信号をディジタル信号に変換して出力信号とする第3の変換手段とを具備している。
また、この発明では、行列状に配置され入射光量を電気信号に変換して出力する複数の画素素子を備え、該複数の画素素子を行単位に順次選択して出力される画素素子列の出力信号を、さらに列単位に順次選択して画素単位の信号を出力する固体撮像装置において、直線的に変化する第1の参照電圧と該第1の参照電圧に同期して階段状に変化する第2の参照電圧とを発生する参照電圧発生手段と、行単位に選択された画素素子列の出力信号と第1の参照電圧とを比較して両者が一致したときにトリガー信号を出力する比較手段と、比較手段からのトリガー信号に基づいて第2の参照電圧をサンプルホールドするサンプルホールド手段と、サンプルホールドされた第2の参照電圧を列単位に順次選択する選択手段と、列単位に順次選択された第2の参照電圧をディジタル信号に変換して出力信号とする変換手段とを具備している。
【0009】
この手段によれば、少ない信号線で多くの情報を送れるので、チップの配線領域を大幅に減少させることができる。また、映像信号出力期間値を保持するためのメモリーは、DA変換器によりそれぞれDA変換された値を保持するためのメモリーの数だけでよく、チップの小型化が可能となる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0011】
図1は、この発明の第1の実施の形態について説明するためのブロック図であり、図7と同一の構成部分には同一の符号を付し、ここでは異なる部分を中心に説明する。
【0012】
すなわち、画素121,122〜12mの出力信号は、AD変換器111,112〜11mによりディジタル信号に変換される。AD変換器111,112〜11mの10ビット出力は、それぞれ上位から3ビット、3ビット、4ビットの一列3組のDA変換器211〜213に入力され、複数ビット分の情報の入った多値レベルのアナログ信号電圧を出力する。以下、AD変換器112〜11mも同じように多値レベルのアナログ信号を出力する。
【0013】
選択スイッチ151〜153は、この多値レベルのDA変換器211〜213の出力をシフトレジスタ14の出力により制御され、3本の出力信号線に出力する。AD変換器231〜233は、この多値レベルのアナログ信号から3または4ビットのデータを再生し出力する。
【0014】
以下同じようにして、AD変換器112〜11mにより多値レベルにされたアナログ信号は、シフトレジスタ14の出力に基いて対応のAD変換器を介して多値レベルのアナログ信号から3または4ビットのデータを再生し出力する。
【0015】
図1に用いるDA変換器の構成例を図2に示す。このDA変換器は、4ビット分解能の得られるものを示している。3ビット分解能のものは、最下位ビットD0に接続されているバッファアンプBA1とスイッチS1を取り除くだけで実現できる。
【0016】
図3は、図2の動作を説明するためのタイミング図である。コンデンサC1とC2は、同一静電容量のものである。まず、DA変換に先立ってスイッチSrを閉じてコンデンサC1とC2の電荷を放電する。入力されたディジタル値はバッファアンプBA1〜BA4で、安定な高レベル電圧VHHか低レベル電圧VLLを出力し、ディジタル回路からのノイズを除去する。スイッチSdac を開き、スイッチS1を閉じてコンデンサC1に最下位ビットの情報電圧を蓄えた後、スイッチS1を開き、スイッチSdac を閉じて、コンデンサC1とC2に蓄えられている電荷を平均化(D0/2)する。次に、スイッチSdac を開き、スイッチS2を閉じてから開きコンデンサC1に1ビット上の情報を蓄えた後に、スイッチSdac を閉じてコンデンサC1とC2の電荷を平均化すると、下位2ビットに相当するアナログ電圧{(2D1+D0)/4}が得られる。
【0017】
同じようにして、スイッチS3,Sdac ,S4,Sdac の順番で所望の開閉を繰り返すことで、4ビットのディジタル値をDA変換された電圧を発生することができる。この電圧は、利得1のバッファアンプ202でバッファされ、選択スイッチSELnを介して信号出力線Voに(Vmix+Vof)として出力される。
【0018】
ここで、Vofはバッファアンプ202の入出力間オフセット電圧である。選択スイッチSELnが選択されているときにスイッチSrを閉じてコンデンサC1,C2の電荷を放電すると、信号出力線Voにはオフセット電圧Vofが出力され、このときの電位変化を検出すれば、バッファアンプ202のオフセット電圧をキャンセルすることができ、多値レベルから複数画素の情報を誤りなく再現することができる。これは、結合コンデンサ203とクランプスイッチ204は、CPパルスのタイミングで信号線電圧をクランプし、サンプルホールド回路205が放電時の電圧変化分をサンプルホールドして、バッファアンプ202のオフセット電圧の影響のない信号をAD変換器に入力し、多ビットの多重信号を誤りなく再生できる。
【0019】
このDA変換器は、コンデンサC1とC2がDA変換器の重み付け機能と多値レベルの保持機能を合わせ持っていて、入力ビット数よりも少ない2つのコンデンサだけでデータを保持できるため、チップサイズを低減する効果を持つ。
【0020】
この実施の形態では、3本の信号線だけで10ビットの情報を送れるので、チップの配線領域が大幅に減る。また、映像信号出力期間値を保持するためのメモリーは、DA変換器211〜213によりそれぞれDA変換された値を保持するためのメモリーの数だけでよく、チップの小型化が可能となる。
【0021】
図4は、この発明の第2の実施の形態を説明するためのブロック図、図5はそのタイミング図を示している。
【0022】
画素121,122〜12mから出力された信号電圧は、電圧比較器411,412〜41mの比反転入力にそれぞれ入力される。電圧比較器411,412〜41mの各反転入力は、カウンタ回路42の出力をアナログ信号に変換するDA変換器43の出力に全て接続されている。電圧比較器411,412〜41mは、画素からの出力信号の方がDA変換器43の出力に比べて大きい場合高レベル出力を、小さい場合には低レベル出力を出力する。サンプルホールド回路441〜443は電圧比較器411の出力が接続される制御入力が高レベルのときに入力信号をサンプリングし、低レベルになったときにホールドする。カウンタ回路42の出力は3ビット・3ビット・4ビットに分けられ、それぞれDA変換器461〜463に入力されている。
【0023】
これらのDA変換器461〜463からは、図5のVa,Vb,Vcで示されるように周期の異なる階段波が出力され、それぞれの電圧の組み合わせはタイミングに1対1に対応している。従って、DA変換器43の出力が信号レベルに等しくなったときのVa,Vb,Vcをホールドすることで、画素信号のAD変換値に対応するアナログ値がそれぞれ得られる。このアナログ値を順次選択し、AD変換器471〜473でディジタル値をえて、合成することで10ビットのディジタル値を得ることができる。
【0024】
この実施の形態では、10ビットのディジタル値を1列あたりたった3個のサンプルホールド回路で保持することができ、必要とされるメモリー素子数を大幅に低減することができ、チップサイズを小さくできる。
【0025】
図6は、この発明の第3の実施の形態について説明するためのブロック図であり、ここではAD変換と映像信号出力を同時に行わせるために必要な構成部分のみを示してあり、図4と同一の構成部分には同一の符号を付して説明する。
【0026】
すなわち、サンプルホールド回路441を2個用意し、これをサンプルホールド回路441a,441bとして組み合わせ、ANDゲート回路61a,61bを使いAD変換と映像信号出力をタイミング発生回路62からのライン選択信号で交互に行わせることで、1水平時間のAD変換動作により複数の多値信号に変換された信号を、次の1水平時間をかけて出力させることを交互に繰り返し、連続出力を得ることができる。
【0027】
この実施の形態では、AD変換期間に1水平走査期間分伸ばすことができることから、より一層の消費電力の低減化を図ることができる。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の固体撮像装置によれば、AD変換結果を保持するためのメモリー素子と出力信号線を低減することができるとともに、チップ面積を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態について説明するためのブロック図。
【図2】図1のDA変換器の構成例について説明するためのブロック図。
【図3】図2の動作について説明するためのタイミング図。
【図4】この発明の第2の実施の形態について説明するためのブロック図。
【図5】図4の動作について説明するためのタイミング図。
【図6】この発明の第3の実施の形態について説明するためのブロック図。
【図7】従来の高速化手法について説明するためのブロック図。
【符号の説明】
111,112〜11m…AD変換器
121,122〜12m、131,132〜13m…画素
14…シフトレジスタ
151,152〜15n、161,162〜16n…選択スイッチ
181,182〜18n…出力信号線
211〜213、221〜223…DA変換器
231〜233…AD変換器
411,412〜41m…電圧比較器
42…カウンタ回路
43…DA変換器
441〜443、451〜453、441a,441b…サンプルホールド回路
461〜463…DA変換器
471〜473…AD変換器
61a,61b,63a,63b…ANDゲート回路
62…タイミング発生回路
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid-state imaging device that converts an incident light image into a digital video signal and outputs the digital image signal. More particularly, it is intended to reduce the size of a CMOS image sensor equipped with a column-parallel AD converter.
[0002]
[Prior art]
FIG. 7 is a block diagram illustrating a CMOS image sensor equipped with a conventional column-parallel AD converter. The A / D converters 111, 112 to 11m for one row simultaneously perform A / D conversion on outputs of one row of the pixels 121, 122 to 12m, and output the selection switches 151, 152 to 152 based on the output of the shift register 14. The output of the AD converter 111 is output as a digital video signal from output amplifiers 191, 192 to 19n connected to the output signal lines 181, 182 to 18n via 15n. Next, the output of the AD converter 112 is output as digital video signals from the output amplifiers 191, 192 to 19 n connected to the output signal lines 181, 182 to 18 n via the selection switches 161, 162 to 16 n. The output of 11 m from converter 113 is output as a digital video signal.
[0003]
The pixels 131, 132 to 13m of the next row are also converted by the AD converters 111, 112 to 11n, and output as digital video signals from the output amplifiers 191, 192 to 19n.
[0004]
Hereinafter, similarly, each row is sequentially AD-converted and output as digital video signals from the output amplifiers 191, 192 to 19n. The result of the A / D conversion needs to be held during the period of outputting the digital video signal for one row, but by providing a latch at the output of the A / D converter, the A / D conversion time can be reduced to the signal output period for one row. Can be stretched.
[0005]
However, (column number × bit number) latches were required as a memory for holding the digital value during the video signal output period. Compared to the analog output image sensor, the image sensor equipped with the column-parallel AD converter has a memory for holding the AD conversion result for the number of bits corresponding to the required resolution of the output signal line, and a memory for storing the AD signal. A signal line for outputting the result is required, and there is a problem that the chip size becomes large.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional solid-state imaging device has a problem that the chip size becomes large because memory elements and output signal lines are required for the number of bits corresponding to the required resolution.
[0007]
An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device in which a chip size is reduced by reducing the number of memory elements and the number of output signal lines after AD conversion of a CMOS image sensor equipped with a column parallel type AD converter. .
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the present invention includes a plurality of pixel elements arranged in a matrix and converting an incident light amount into an electric signal and outputting the electric signal. The plurality of pixel elements are sequentially selected and output in row units. In a solid-state imaging device that further sequentially selects output signals of pixel element columns to be output in units of columns and outputs signals in pixel units, an output signal of a pixel element column selected in units of rows is converted to a digital output signal in units of pixel elements. , A first switch for selecting the digital output signal converted by the first converter in bit units, and holding the voltage of the selected digital output signal in bit units. A first capacitor, a second capacitor connected in parallel with the first capacitor, and a second capacitor for averaging a voltage held in each of the first capacitor and the second capacitor. switch And stage, the voltage held in the second capacitance and a sample hold circuit for sampling and holding, a second conversion and outputting the sampled and held voltage as an analog output signal corresponding to the digital output signal Means, selecting means for sequentially selecting the analog output signals output from the second converting means in units of columns , and third means for converting the analog output signals sequentially selected in units of columns into digital signals to obtain output signals. Conversion means.
Further, according to the present invention, there is provided a plurality of pixel elements which are arranged in a matrix and convert the amount of incident light into an electric signal and output the same, and the plurality of pixel elements are sequentially selected in row units and the output of a pixel element column is output. In a solid-state imaging device that further sequentially selects signals in column units and outputs signals in pixel units, a first reference voltage that changes linearly and a first reference voltage that changes stepwise in synchronization with the first reference voltage are provided. Reference voltage generating means for generating a second reference voltage, and comparing means for comparing an output signal of a pixel element column selected for each row with the first reference voltage and outputting a trigger signal when the two match. Sample and hold means for sampling and holding the second reference voltage based on a trigger signal from the comparing means, selection means for sequentially selecting the sampled and held second reference voltage in column units, and sequential selection in column units Was done The second reference voltage is converted into a digital signal that comprises a converting means for the output signal.
[0009]
According to this means, since a large amount of information can be transmitted with a small number of signal lines, the wiring area of the chip can be significantly reduced. Further, the number of memories for holding the video signal output period values only needs to be the number of memories for holding the values that have been DA-converted by the D / A converters, and the chip can be downsized.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0011]
FIG. 1 is a block diagram for explaining a first embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and different portions will be mainly described here.
[0012]
That is, the output signals of the pixels 121, 122 to 12m are converted into digital signals by the AD converters 111, 112 to 11m. The 10-bit outputs of the AD converters 111, 112 to 11m are input to the three sets of DA converters 211 to 213 in a row of 3 bits, 3 bits, and 4 bits from the high order, respectively, and are multivalued containing information of a plurality of bits. Outputs analog signal voltage of level. Hereinafter, the AD converters 112 to 11m similarly output multi-level analog signals.
[0013]
The selection switches 151 to 153 are controlled by the outputs of the shift register 14 to output the outputs of the multi-level D / A converters 211 to 213 and output the signals to three output signal lines. The AD converters 231 to 233 reproduce and output 3- or 4-bit data from the multilevel analog signal.
[0014]
In the same manner, the analog signals converted to multi-value levels by the AD converters 112 to 11m are converted from the multi-level analog signals into 3 or 4 bits through the corresponding AD converters based on the output of the shift register 14. Reproduce and output the data.
[0015]
FIG. 2 shows a configuration example of the DA converter used in FIG. This DA converter is shown as one that can obtain 4-bit resolution. The three-bit resolution can be realized only by removing the buffer amplifier BA1 and the switch S1 connected to the least significant bit D0.
[0016]
FIG. 3 is a timing chart for explaining the operation of FIG. The capacitors C1 and C2 have the same capacitance. First, prior to the DA conversion, the switch Sr is closed to discharge the capacitors C1 and C2. The input digital values are output from the buffer amplifiers BA1 to BA4 to output a stable high-level voltage VHH or low-level voltage VLL to remove noise from the digital circuit. After the switch Sdac is opened and the switch S1 is closed to store the least significant bit information voltage in the capacitor C1, the switch S1 is opened and the switch Sdac is closed to average the charges stored in the capacitors C1 and C2 (D0 / 2). Next, when the switch Sdac is opened, the switch S2 is closed, and then the switch C2 is opened and the information of one bit is stored in the capacitor C1, then the switch Sdac is closed and the electric charges of the capacitors C1 and C2 are averaged. An analog voltage {(2D1 + D0) / 4} is obtained.
[0017]
Similarly, by repeating the desired opening and closing operations in the order of the switches S3, Sdac, S4, and Sdac, a voltage obtained by DA-converting a 4-bit digital value can be generated. This voltage is buffered by the buffer amplifier 202 having a gain of 1, and is output as (Vmix + Vof) to the signal output line Vo via the selection switch SELn.
[0018]
Here, Vof is an offset voltage between input and output of the buffer amplifier 202. When the switch Sr is closed and the charge of the capacitors C1 and C2 is discharged while the selection switch SELn is selected, the offset voltage Vof is output to the signal output line Vo. The offset voltage 202 can be canceled, and information of a plurality of pixels can be reproduced without error from the multi-value level. This is because the coupling capacitor 203 and the clamp switch 204 clamp the signal line voltage at the timing of the CP pulse, the sample-and-hold circuit 205 samples and holds the voltage change at the time of discharge, and the influence of the offset voltage of the buffer amplifier 202 is obtained. A non-existent signal is input to an AD converter, and a multi-bit multiplex signal can be reproduced without error.
[0019]
In this DA converter, since the capacitors C1 and C2 have both the weighting function of the DA converter and the function of holding a multi-valued level, and can hold data with only two capacitors having fewer input bits, the chip size is reduced. Has the effect of reducing.
[0020]
In this embodiment, since 10-bit information can be transmitted only by three signal lines, the wiring area of the chip is greatly reduced. Further, the number of memories for holding the video signal output period values may be the same as the number of memories for holding the values that have been D / A converted by the D / A converters 211 to 213, and the chip can be downsized.
[0021]
FIG. 4 is a block diagram for explaining a second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a timing chart thereof.
[0022]
The signal voltages output from the pixels 121, 122 to 12m are input to ratio inverting inputs of the voltage comparators 411, 412 to 41m, respectively. The inverted inputs of the voltage comparators 411, 412 to 41m are all connected to the output of a DA converter 43 that converts the output of the counter circuit 42 into an analog signal. The voltage comparators 411, 412 to 41m output a high-level output when the output signal from the pixel is larger than the output of the DA converter 43, and output a low-level output when the output signal is smaller than the output of the DA converter 43. The sample hold circuits 441 to 443 sample the input signal when the control input to which the output of the voltage comparator 411 is connected is at a high level, and hold when the control input is at a low level. The output of the counter circuit 42 is divided into three bits, three bits, and four bits, which are input to the D / A converters 461 to 463, respectively.
[0023]
These DA converters 461 to 463 output staircase waves having different periods as shown by Va, Vb, and Vc in FIG. 5, and the combinations of the voltages correspond one-to-one with the timing. Therefore, by holding Va, Vb, and Vc when the output of the DA converter 43 becomes equal to the signal level, an analog value corresponding to the AD conversion value of the pixel signal can be obtained. The analog values are sequentially selected, digital values are obtained by the AD converters 471 to 473, and the digital values are combined to obtain a 10-bit digital value.
[0024]
In this embodiment, a 10-bit digital value can be held by only three sample / hold circuits per column, the number of required memory elements can be significantly reduced, and the chip size can be reduced. .
[0025]
FIG. 6 is a block diagram for explaining a third embodiment of the present invention. Here, only components necessary for simultaneously performing AD conversion and video signal output are shown. The same components will be described with the same reference numerals.
[0026]
That is, two sample hold circuits 441 are prepared and combined as sample hold circuits 441a and 441b, and AD conversion and video signal output are alternately performed by the line selection signal from the timing generation circuit 62 using the AND gate circuits 61a and 61b. By doing so, it is possible to alternately repeat outputting the signals converted into a plurality of multi-level signals by the AD conversion operation for one horizontal time over the next one horizontal time, thereby obtaining a continuous output.
[0027]
In this embodiment, the power can be extended by one horizontal scanning period during the AD conversion period, so that the power consumption can be further reduced.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, according to the solid-state imaging device of the present invention, it is possible to reduce the number of memory elements for holding AD conversion results and output signal lines, and to reduce the chip area.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram for explaining a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram for explaining a configuration example of a DA converter in FIG. 1;
FIG. 3 is a timing chart for explaining the operation of FIG. 2;
FIG. 4 is a block diagram for explaining a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a timing chart for explaining the operation of FIG. 4;
FIG. 6 is a block diagram for explaining a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram for explaining a conventional speed-up technique.
[Explanation of symbols]
111, 112 to 11m AD converters 121, 122 to 12m, 131, 132 to 13m Pixel 14 Shift registers 151, 152 to 15n, 161, 162 to 16n Selection switches 181, 182 to 18n Output signal line 211 213, 221 to 223 DA converters 231 to 233 AD converters 411, 412 to 41m Voltage comparator 42 Counter circuit 43 DA converters 441 to 443, 451 to 453, 441a, 441b Sample hold circuit 461 to 463 DA converters 471 to 473 AD converters 61a, 61b, 63a, 63b AND gate circuit 62 Timing generator circuit

Claims (3)

行列状に配置され入射光量を電気信号に変換して出力する複数の画素素子を備え、該複数の画素素子を行単位に順次選択して出力される画素素子列の出力信号を、さらに列単位に順次選択して画素単位の信号を出力する固体撮像装置において、
前記行単位で選択された画素素子列の出力信号を、画素素子単位でディジタル出力信号に変換する第1の変換手段と、
前記第1の変換手段により変換されたディジタル出力信号をビット単位で選択する第1のスイッチ手段と、該選択されたビット単位のディジタル出力信号の電圧を保持する第1の容量素子と、該第1の容量素子と並列接続された第2の容量素子と、前記第1の容量素子および前記第2の容量素子のそれぞれに保持された電圧を平均化する第2のスイッチ手段と、前記第2の静電容量に保持された電圧をサンプルホールドするサンプルホールド回路とを有し、該サンプルホールドされた電圧を前記ディジタル出力信号に対応するアナログ出力信号として出力する第2の変換手段と、
前記第2の変換手段から出力されたアナログ出力信号を前記列単位に順次選択する選択手段と、
前記列単位に順次選択されたアナログ出力信号をディジタル信号に変換して出力信号とする第3の変換手段と
を具備することを特徴とする固体撮像装置。
A plurality of pixel elements that are arranged in a matrix and convert the amount of incident light into electric signals and output the electric signals, and output the pixel element columns that are sequentially selected and output in units of rows, and further output in column units In the solid-state imaging device that sequentially selects and outputs a pixel unit signal,
First conversion means for converting an output signal of a pixel element column selected in units of rows into a digital output signal in units of pixel elements;
A first switch for selecting a digital output signal converted by the first conversion unit on a bit-by-bit basis, a first capacitor for holding a voltage of the selected digital output signal on a bit-by-bit basis, A second capacitor connected in parallel with the first capacitor; a second switch for averaging voltages held in the first capacitor and the second capacitor; A sample-and-hold circuit that samples and holds the voltage held by the capacitance of the second conversion means, and outputs the sampled and held voltage as an analog output signal corresponding to the digital output signal ;
Selecting means for sequentially selecting the analog output signal output from the second converting means in the column unit;
A solid-state imaging device comprising: a third conversion unit that converts an analog output signal sequentially selected in a column unit into a digital signal and outputs the digital signal.
前記第1の変換手段は、前記画素素子列の出力信号を画素素子単位でディジタル出力信号のビット列に変換し、
前記第2の変換手段は、前記第1の変換手段により変換されたディジタル信号のビット列を所定のビット数ごとに前記アナログ出力信号に変換し、
前記第3の変換手段は、前記第2の変換手段により変換されたアナログ出力信号を前記所定のビット数のディジタル信号のビット列に変換すること
を特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
The first conversion means converts the output signal of the pixel element row into a bit string of a digital output signal for each pixel element,
The second conversion means converts the bit sequence of the digital signal converted by the first conversion means into the analog output signal for each predetermined number of bits,
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the third converter converts the analog output signal converted by the second converter into a bit string of the digital signal having the predetermined number of bits. 3.
行列状に配置され入射光量を電気信号に変換して出力する複数の画素素子を備え、該複数の画素素子を行単位に順次選択して出力される画素素子列の出力信号を、さらに列単位に順次選択して画素単位の信号を出力する固体撮像装置において、
直線的に変化する第1の参照電圧と該第1の参照電圧に同期して階段状に変化する第2の参照電圧とを発生する参照電圧発生手段と、
前記行単位に選択された画素素子列の出力信号と前記第1の参照電圧とを比較して両者が一致したときにトリガー信号を出力する比較手段と、
前記比較手段からのトリガー信号に基づいて前記第2の参照電圧をサンプルホールドするサンプルホールド手段と、
前記サンプルホールドされた前記第2の参照電圧を前記列単位に順次選択する選択手段と、
前記列単位に順次選択された前記第2の参照電圧をディジタル信号に変換して出力信号とする変換手段と
を具備することを特徴とする固体撮像装置。
A plurality of pixel elements that are arranged in a matrix and convert the amount of incident light into electric signals and output the electric signals, and output the pixel element columns that are sequentially selected and output in units of rows, and further output in column units In the solid-state imaging device that sequentially selects and outputs a pixel unit signal,
Reference voltage generating means for generating a first reference voltage that changes linearly and a second reference voltage that changes stepwise in synchronization with the first reference voltage;
A comparing unit that compares an output signal of the pixel element column selected in the row unit with the first reference voltage and outputs a trigger signal when both match.
Sample and hold means for sampling and holding the second reference voltage based on a trigger signal from the comparison means;
Selecting means for sequentially selecting the sampled and held second reference voltage in column units;
A solid-state imaging device comprising: a conversion unit that converts the second reference voltage sequentially selected in the column unit into a digital signal and outputs the digital signal as an output signal.
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